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Patent Searching and Data


Title:
INJECTION MOULDING NOZZLE FOR AN INJECTION MOULDING TOOL, INJECTION MOULDING TOOL, NOZZLE NEEDLE FOR AN INJECTION MOULDING NOZZLE, AND METHOD FOR INJECTING A RAW MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/078493
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an injection moulding nozzle (11) for an injection moulding tool (10), comprising a nozzle body (21) having at least one inlet opening (22) and an outlet opening (18) for a raw material, and comprising at least one injection channel (23) that connects the at least one inlet opening (22) and the outlet opening (18) to one another, wherein a sealing contour (29) is formed in the injection channel (23) and a nozzle needle (24) is arranged in the injection channel (23) such that it can be axially moved between an open position (27) and a closed position, wherein the nozzle needle (24) is in contact with the sealing contour (29) in the closed position and closes the injection channel (23), as well as a drive unit (31) which actuates at least the axial control movement (26) of the nozzle needle (24), wherein the nozzle needle (24) is designed such that it can rotate about its longitudinal axis (34), a nozzle needle (24) for an injection moulding nozzle (11), and a method for injecting a raw material.

Inventors:
KAUL STEFAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/077640
Publication Date:
April 29, 2021
Filing Date:
October 02, 2020
Export Citation:
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Assignee:
FREUDENBERG CARL KG (DE)
International Classes:
B29C45/23; B29C45/28; B29C45/30
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Claims:
Patentansprüche

1. Spritzgussdüse (11 ) für ein Spritzgießwerkzeug (10), mit einem

Düsenkörper (21), der wenigstens eine Einlassöffnung (22) und eine Auslassöffnung (18) für ein Rohmaterial aufweist, mit zumindest einem Einspritzkanal (23), der die wenigstens eine Einlassöffnung (22) und die Auslassöffnung (18) miteinander verbindet, wobei in dem

Einspritzkanal (23) eine Dichtkontur (29) ausgebildet ist und eine Düsennadel (24), die zwischen einer Öffnungsstellung (27) und einer Schließstellung axial verschiebbar in dem Einspritzkanal (23) angeordnet ist, wobei die Düsennadel (24) in der Schließstellung an der Dichtkontur (29) anliegt und den Einspritzkanal (23) verschließt sowie eine

Antriebseinrichtung (31), welche zumindest die axiale Stellbewegung (26) der Düsennadel (24) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (24) um deren Längsachse (34) drehbar ausgebildet ist. 2. Spritzgussdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die

Drehbewegung um die Längsachse (34) der Düsennadel (24) durch die Antriebseinrichtung (31) ansteuerbar ist.

3. Spritzgussdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung um die Längsachse (34) der Düsennadel (24) vor und/oder während der axialen Stellbewegung der Düsennadel (24) ansteuerbar ist.

4. Spritzgussdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (21) ein Lager (37) aufweist, durch welches eine radiale Lagerung der Düsennadel (24) ausgebildet ist.

5. Spritzgussdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (41) der Düsennadel (24) zumindest bereichsweise eine Strukturierung (39) aufweist.

6. Spritzgussdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (39) als Profilierung des Außenumfangs und/oder der Außenkontur der Düsennadel (24) ausgebildet ist, vorzugsweise als schneckenförmige oder schraubenförmige Profilierung am Außenumfang der Düsennadel (24).

7. Spritzgussdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzkanal (23) als Kaltkanal ausgebildet ist.

8. Spritzgussdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (31) einen Elektromotor (32), vorzugsweise einen Schrittmotor, aufweist, der die Stellbewegung und/oder Drehbewegung der Düsennadel (24) über eine Stelleinrichtung (33) ansteuert.

9. Spritzgussdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (33) ein Getriebe mit wenigstens zwei Übersetzungsstufen umfasst.

10. Spritzgießwerkzeug (10) zum Herstellen von Bauteilen durch ein Spritzgussverfahren, umfassend eine Spritzgussform (12), die wenigstens eine Kavität (16) zum Einspritzen eines Rohmaterials aufweist sowie zumindest eine Spritzgussdüse (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spritzgussdüse (11 ) über eine Auslassöffnung (18) mit der wenigstens einen Kavität (16) in Verbindung steht, um das Rohmaterial in die wenigstens eine Kavität (16) der Spritzgussform (12) einzuspritzen.

11. Düsennadel (24) für eine Spritzgussdüse (11), insbesondere eine Spritzgussdüse (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (24) zumindest bereichsweise eine strukturierte Oberfläche (47) aufweist.

12. Düsennadel nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche (47) der Düsennadel (24) als Profilierung des Außenumfangs und/oder der Außenkontur der Düsennadel (24) ausgebildet ist, vorzugsweise als schneckenförmige oder schraubenförmige Profilierung am Außenumfang der Düsennadel (24).

13. Verfahren zum Einspritzen eines Rohmaterials in wenigstens eine Kavität (16) einer Spritzgussform (12) mittels einer Spritzgussdüse (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die Schritte:

Zuführen von Rohmaterial in einen Einspritzkanal (23) der Spritzgussdüse (11) und

Ansteuern einer axialen Stellbewegung (26) der Düsennadel (24) durch eine Antriebseinrichtung (31), wobei vor und/oder während der Ansteuerung der axialen Stellbewegung (26) eine Drehbewegung (34) der Düsennadel (24) um deren Längsachse (34) angesteuert wird.

Description:
Spritzgussdüse für ein Spritzgießwerkzeug, Spritzgießwerkzeug, Düsennadel für eine Spritzgussdüse sowie Verfahren zum Einspritzen eines Rohmaterials

Die Erfindung betrifft eine Spritzgussdüse für ein Spritzgießwerkzeug, ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen von Bauteilen durch ein Spritzgussverfahren, eine Düsennadel für eine Spritzgussdüse sowie ein Verfahren zum Einspritzen eines Rohmaterials in eine Spritzgussform.

Aus der WO 2012/000924 A1 ist ein Spritzgießwerkzeug zur Herstellung von Bauteilen durch ein Spritzgussverfahren bekannt. Dieses Spritzgießwerkzeug umfasst eine zumindest eine Kavität aufweisende Spritzgussform, in welche ein Rohmaterial zum Ausbilden der Bauteile eingespritzt wird. Hierfür weist das Spritzgießwerkzeug eine Spritzgussdüse auf, durch welche das Rohmaterial über einen Einspritzkanal der Spritzgussform zugeführt wird. In dem Einspritzkanal ist zur Steuerung des Einspritzvorgangs eine Düsennadel vorgesehen, die zwischen einer Öffnungs- und einer Schließposition axial verschiebbar angeordnet ist. Die Ansteuerung der Stellbewegung erfolgt durch eine pneumatische Stelleinrichtung, wobei aufgrund der kompressiblen Eigenschaften des Gases nur eine begrenzte Stellkraft aufgebracht werden kann.

Neben der zuvor genannten pneumatischen Stelleinrichtung sind auch hydraulische und elektrische Stellantriebe bekannt. Aufgrund der vergleichsweise hohen Viskosität kommt beispielsweise bei der Verarbeitung elastomerer Werkstoffe häufig ein hydraulischer Stellantrieb zum Einsatz. Elektrische Antriebe sind in diesem Zusammenhang auch denkbar, die erforderlichen Stellmotoren sind aber vergleichsweise groß.

Insbesondere viskose Rohmaterialien, beispielsweise vulkanisierbare, elastomere Werkstoffe, erfordern insofern hohe Stellkräfte, um die axiale Stellbewegung der Düsennadel anzusteuern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spritzgussdüse, ein Spritzgießwerkzeug sowie eine Düsennadel für eine Spritzgussdüse derart weiterzuentwickeln, dass die Stellbewegung der Düsennadel eine verringerte Stellkraft erfordert. Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einspritzen eines Rohmaterials vorzuschlagen, welches eine Ansteuerung einer Düsennadel mit einer geringen Stellkraft ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe umfasst die erfindungsgemäße Spritzgussdüse einen Düsenkörper, der wenigstens eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für ein Rohmaterial aufweist, mit zumindest einem Einspritzkanal, der die wenigstens eine Einlassöffnung und die Auslassöffnung miteinander verbindet, wobei in dem Einspritzkanal eine Dichtkontur ausgebildet ist und eine Düsennadel, die zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung axial verschiebbar in dem Einspritzkanal angeordnet ist, wobei die Düsennadel in der Schließstellung an der Dichtkontur anliegt und den Einspritzkanal verschließt sowie eine Antriebseinrichtung, durch welche zumindest die axiale Stellbewegung der Düsennadel ansteuerbar ist, wobei die Düsennadel der Spritzgussdüse um deren Längsachse drehbar ausgebildet ist.

Die Dichtkontur kann der Auslassöffnung zugeordnet sein. Bei dieser Ausgestaltung ist die Dichtkontur integraler Bestandteil des Düsenkörpers. Bei dieser Ausgestaltung ist die Dichtkontur vorzugsweise der Auslassöffnung des Düsenkörpers zugeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass die Düsennadel durch die Auslassöffnung hindurch aus dem Düsenkörper hervorsteht. Bei dieser Ausgestaltung ist die Dichtkontur vorzugsweise dem Zuführkanal des Spritzgießwerkzeugs zugeordnet. Dabei kann die Dichtkontur direkt an eine Kavität münden, in welcher ein Werkstück mittels Spritzguss erzeugt wird. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass die Herstellung eines nahezu angussfreien Werkstückes möglich ist. Die Herstellung eines angussfreien Werkstücks ist insbesondere dann möglich, wenn die Düsennadel in der Schließstellung bündig mit der Begrenzungswand der Kavität abschließt.

Die Spritzgussdüse ist insbesondere zur Verarbeitung von vernetzbaren bzw. vulkanisierbaren und spritzgießfähigen polymeren Werkstoffen geeignet. Derartige Werkstoffe sind beispielsweise diverse Kautschuke oder Silikone und werden vor der Vernetzung als Rohmaterial bezeichnet. Diese Rohmaterialien müssen, um eine vorzeitige Vernetzung zu verhindern, bei vergleichsweise niedrigen Verarbeitungstemperaturen verarbeitet werden. Durch die Spritzgussdüse wird das fließfähige Rohmaterial in die wenigstens eine Kavität der Spritzgussform eingespritzt. Dabei kann das Rohmaterial direkt in die Kavität eingespritzt werden oder über einen Unterverteiler in die Kavität gelangen. Dabei erfolgt eine Steuerung des Spritzvorgangs durch eine axiale Stellbewegung der Düsennadel, durch welche ein Öffnen und Schließen der Spritzgussdüse ermöglicht wird.

Bei niedrigen Verarbeitungstemperaturen weisen die Rohmaterialien jedoch eine hohe Viskosität auf, was zu einer erschwerten Handhabung in der Spritzgussdüse führen kann. Die Vernetzung bzw. Vulkanisation ist aber abhängig von der Verarbeitungstemperatur und soll erst in der Kavität erfolgen. Um eine vorzeitige Vernetzung zu verhindern, soll daher die Temperatur des Rohmaterials außerhalb der Kavität niedrig sein.

Insbesondere das Ausführen der axialen Stellbewegung der Düsennadel erfordert aufgrund der hohen Viskosität des Rohmaterials eine große Stellkraft. Diese Stellkraft kann dabei in Abhängigkeit des Rohmaterials und der Ausgestaltung der Kavität bis zu 3000 N betragen.

Es hat sich aber gezeigt, dass die eingesetzten polymeren Rohmaterialien jedoch strukturviskose Eigenschaften aufweisen, so dass ein Absenken der Viskosität durch das Einbringen von Scherkräften in das Rohmaterial ermöglicht ist. Zwar bringt auch eine rein translatorische Bewegung Scherung in das Material. Problematisch ist aber der Beginn der translatorischen Bewegung, wenn sich die Düsennadel in der Schließstellung befindet. In dieser Position wird keinerlei Scherung in das Material eingebracht und die Viskosität ist hoch. Insofern ist es besonders vorteilhaft, wenn zunächst durch eine Rotation der Düsennadel Scherung in das Material eingebracht wird, wobei sich während des Öffnens eine Dreh- bzw. Rotationsbewegung der Düsennadel um deren Längsachse überlagern kann, was zu einem besonders hohen Eintrag von Scherung und damit ein signifikantes Senken der Viskosität des Rohmaterials bewirkt. Dies gilt aber auch während der Schließbewegung der Nadel.

Durch die Drehbewegung der Düsennadel werden aufgrund der Haftreibung zwischen der Düsennadel und dem an der Oberfläche der Düsennadel angrenzenden Rohmaterial die Scherkräfte erzeugt und in das Rohmaterial eingebracht. Die Scherkräfte bewirken im Rohmaterial eine Strukturänderung der Polymerketten, durch welche die Polymerketten einfacher aneinander entlanggleiten können. Auf diese Weise nimmt die Viskosität des Rohmaterials zumindest lokal im Umfangsbereich der Düsennadel ab, so dass eine geringere Stellkraft erforderlich ist, um die axiale Stellbewegung der Düsennadel auszuführen.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Spritzgussdüse kann vorgesehen sein, dass die Drehbewegung um die Längsachse der Düsennadel durch die Antriebseinrichtung ansteuerbar ist. Auf diese Weise kann eine automatisierte Ansteuerung der Drehbewegung der Düsennadel vorgesehen sein. Zudem wird dadurch ermöglicht, sowohl die axiale Stellbewegung als auch die Drehbewegung der Düsennadel durch dieselbe Antriebseinrichtung anzusteuern.

Bei der Spritzgussdüse kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Drehbewegung um die Längsachse der Düsennadel vor und/oder während der axialen Stellbewegung der Düsennadel ansteuerbar ist. Wird die Düsennadel vor dem Ausführen der axialen Stellbewegung in Drehung versetzt, kann die Viskosität des Rohmaterials verringert werden, bevor die axiale Stellbewegung ausgeführt wird. Auf diese Weise kann eine geringe Anfangskraft erreicht sein, um die axiale Stellbewegung der Düsennadel anzusteuern. Wird die Drehbewegung der Düsennadel gleichzeitig zur axialen Stellbewegung ausgeführt, können die Scherkräfte gleichzeitig zu der axialen Stellbewegung in das Rohmaterial eingebracht werden. Dadurch verringert sich die Viskosität des Rohmaterials während der gesamten axialen Stellbewegung. Es ist auch denkbar, dass die Düsennadel zunächst rotiert und anschließend eine simultane Rotation und Axialbewegung erfolgt.

In einer Weiterbildung der Spritzgussdüse kann vorgesehen sein, dass der Düsenkörper ein Lager aufweist, durch welches eine radiale Lagerung der Düsennadel ausgebildet ist. Durch ein solches Lager kann eine radiale und axiale Führung der Düsennadel ausgebildet sein, durch welche die Drehbewegung der Düsennadel um deren Längsachse gleichzeitig zur axialen Stellbewegung ausführbar ist. Zudem kann durch die radiale Lagerung eine zentrische Drehbewegung um die Längsachse sichergestellt sein, so dass beim Überführen der Düsennadel in die Schließstellung eine zentrische Zustellung der Düsennadel zur Dichtkontur ermöglicht ist. Ein derartiges Lager ist beispielsweise ein Gleitlager. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Spritzgussdüse kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche der Düsennadel zumindest bereichsweise eine Strukturierung aufweist. Diese Strukturierung steht unmittelbar mit dem Rohmaterial in Verbindung. Durch die Strukturierung wird eine größere Kontaktfläche zwischen der Düsennadel und dem Rohmaterial erreicht, so dass durch die Drehbewegung der Düsennadel größere Scherkräfte in das Rohmaterial eingebracht werden können. Auf diese Weise kann eine Reduzierung der Viskosität des Rohmaterials auch bei einer geringen Drehgeschwindigkeit der Düsennadel erreicht werden.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Spritzgussdüse sieht vor, dass die Strukturierung als Profilierung des Außenumfangs und/oder der Außenkontur der Düsennadel ausgebildet ist. Vorzugsweise kann die Strukturierung als schneckenförmige oder schraubenförmige Profilierung am Außenumfang der Düsennadel ausgebildet sein. Durch eine solche Profilierung des Außenumfangs und/oder der Außenkontur der Düsennadel kann eine zusätzliche Erhöhung der in das Rohmaterial einbringbaren Scherkräfte ermöglicht sein. Dadurch kann neben einer verringerten Drehgeschwindigkeit der Düsennadel auch ein geringeres Antriebsmoment ausreichen, um die Stellbewegung der Düsennadel auszuführen.

Bei Ausgestaltung einer schraubenförmigen Profilierung kann sich darüber hinaus je nach Ausgestaltung des Düsenkörpers bei Rotation der Düsennadel eine Unterstützung der Materialförderung nach Art einer Förderschnecke ergeben. Dadurch sind beispielsweise höhere Förderdrücke erzielbar.

Bevorzugt ist der Einspritzkanal der Spritzgussdüse als Kaltkanal ausgebildet. Durch einen solchen Kaltkanal können in der Spritzgussdüse bzw. dem Einspritzkanal geringe Verarbeitungstemperaturen für das Rohmaterial sichergestellt sein, wodurch eine vorzeitige Vulkanisation des Rohmaterials in der Spritzgussdüse bzw. dem Einspritzkanal verhindert werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Spritzgussdüse weist die Antriebseinrichtung einen Elektromotor, vorzugsweise einen Schrittmotor, auf, der die Stellbewegung und/oder Drehbewegung der Düsennadel über eine Stelleinrichtung ansteuert. Durch die Verwendung eines Elektromotors kann eine konstruktiv einfache und kostengünstige Antriebseinrichtung ausgebildet sein. Dabei kann der Elektromotor in oder an einem Düsenkörper bzw. dem Gehäuse der Spritzgussdüse angeordnet sein. Durch die Herabsenkung der Viskosität aufgrund der drehbaren Ausgestaltung der Düsennadel kann ein kleiner dimensionierter Elektromotor zum Einsatz gelangen.

Weist das Einspritzwerkzeug mehrere Spritzgussdüsen auf, kann zudem jeder Spritzgussdüse ein separater Elektromotor zugeordnet sein. Auf diese Weise kann eine voneinander unabhängige Ansteuerung der Spritzgussdüsen erfolgen, so dass eine präzise Regelung des Einspritzverfahrens ausgebildet sein kann. Der Einsatz eines Schrittmotors ermöglicht zudem ein schnelles Ansprechverhalten zum Ansteuern der Stellbewegung sowie eine präzise Positionierung der Düsennadel in der Spritzgussdüse.

Die Stelleinrichtung kann in einer Weiterbildung der Spritzgussdüse ein Getriebe mit wenigstens zwei Übersetzungsstufen umfassen. Dadurch kann vorgesehen sein, dass durch die Antriebseinrichtung unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten der Düsennadel ansteuerbar sind, so dass der Einsatz verschiedener Rohmaterialien mit unterschiedlichen Viskositäten in der Spritzgussdüse ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen von Bauteilen durch ein Spritzgussverfahren mit einer Spritzgussform, die wenigstens eine Kavität zum Einspritzen eines Rohmaterials aufweist, sowie mit zumindest einer Spritzgussdüse, welche über eine Auslassöffnung mit der wenigstens einen Kavität in Verbindung steht, um das Rohmaterial in die wenigstens eine Kavität der Spritzgussform einzuspritzen, gelöst, wobei die zumindest eine Spritzgussdüse gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist.

Indem die axiale Stellbewegung der Düsennadel einer solchen Spritzgussdüse mit einer verringerten Stellkraft ansteuerbar ist, kann ein Antrieb mit einer geringeren Antriebsleistung eingesetzt werden. Mit einem solchen Antrieb kann ein geringerer Energieverbrauch erreicht und gleichzeitig eine kleinere Dimensionierung des Antriebs ermöglicht sein, so dass der Antrieb einen geringeren Bauraum einnimmt. Aufgrund der verringerten Stellkraft kann der Antrieb zudem als Elektromotor, insbesondere als Schrittmotor, ausgebildet sein, um die axiale Stellbewegung der Düsennadel anzusteuern.

Zudem wird die Aufgabe durch eine Düsennadel für eine Spritzgussdüse gelöst, welche zumindest bereichsweise eine strukturierte Oberfläche aufweist. Aufgrund einer solchen strukturierten Oberfläche können durch die Drehbewegung größere Scherkräfte in das Rohmaterial eingebracht werden, so dass eine effiziente Reduzierung der Viskosität des Rohmaterials, zumindest im Umfangsbereich der Düsennadel, erreicht sein kann. Gegenüber einer glatten Oberfläche kann durch eine solche Strukturierung zudem eine Verringerung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Düsennadel vorgesehen sein. Dadurch kann die Düsennadel beispielsweise mit einer geringeren Antriebsleistung angetrieben werden.

Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Einspritzen eines Rohmaterials in wenigstens eine Kavität einer Spritzgussform mittels einer Spritzgussdüse gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen gelöst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: - Zuführen von Rohmaterial zu einem Einspritzkanal der Spritzgussdüse, wobei eine Düsennadel der Spritzgussdüse in einer Öffnungsstellung, Schließstellung oder zumindest einer Zwischenstellung angeordnet ist und

- Ansteuern einer axialen Stellbewegung der Düsennadel aus der Öffnungsstellung, Schließstellung oder zumindest einen Zwischenstellung durch eine Antriebseinrichtung, wobei vor und/oder während der Ansteuerung der axialen Stellbewegung eine Drehbewegung der Düsennadel um deren Längsachse angesteuert wird.

Durch das Ausführen der Drehbewegung werden vor und/oder während dem Ausführen der axialen Stellbewegung Scherkräfte in das Rohmaterial eingebracht. Diese resultieren aus der Haftreibung zwischen der Düsennadel und dem an der Oberfläche der Düsennadel angrenzenden Rohmaterial. Aufgrund dieser Scherkräfte wird eine Strukturänderung des strukturviskosen Rohmaterials erzeugt, durch welche zumindest im Umfangsbereich der Düsennadel eine Reduzierung der Viskosität des Rohmaterials erreicht wird. Durch diese Viskositätsänderung kann das Ausführen der axialen Stellbewegung der Düsennadel durch eine verringerte Stellkraft erfolgen.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Figuren zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Spritzwerkzeugs;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Düsennadel für ein Spritzwerkzeug gemäß Figur 1; Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Düsennadel.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeugs 10 in einer schematischen Schnittansicht. Dieses Spritzgießwerkzeug 10 umfasst eine Spritzgussdüse 11 sowie eine Spritzgussform 12, welche zur Fierstellung von Bauteilen aus einem Rohmaterial, insbesondere einem vernetzbaren polymeren Material, durch ein Spritzgussverfahren vorgesehen sind.

Die Spritzgussform 12 ist aus einem Oberwerkzeug 13 sowie einem Unterwerkzeug 14 zusammengesetzt, welche eine Kavität 16 begrenzt. In die Kavität 16 wird das Rohmaterial zum Flerstellen der Bauteile direkt eingespritzt. Nach dem Einspritzen des Rohmaterials in die Kavität 16 erfolgt eine Vulkanisation des Rohmaterials, wodurch eine dauerhafte Formgebung des Rohmaterials zu dem Bauteil erreicht ist. Dazu sind das Oberwerkzeug 13 und/oder das Unterwerkzeug 14 beheizbar ausgebildet. Durch die Vulkanisation wird das Rohmaterial zu einem Elastomer überführt.

Prinzipiell ist es auch denkbar, dass ein Zuführkanal vorgesehen ist, der mehrere Kavitäten 16 miteinander verbindet. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt das Einspritzen des Rohmaterials durch die Spritzgussdüse 11, welche zum Zuführen des Rohmaterials über eine Auslassöffnung 18 mit dem Zuführkanal der Spritzgussform 12 in Verbindung steht oder mit dem Zuführkanal in Verbindung gebracht werden kann.

Die Auslassöffnung 18 ist an einer vorderen Düsenspitze 19 eines Düsenkörpers 21 der Spritzgussdüse 11 vorgesehen. An dem Düsenkörper 21 ist eine Einlassöffnung 22 ausgebildet, über welche das Rohmaterial einem Einspritzkanal 23 der Spritzgussdüse 11 zugeführt werden kann. Ebenso können mehrere Einlassöffnungen 22 in dem Düsenkörper 21 der Spritzgussdüse 11 vorgesehen sein. Der Einspritzkanal 23 verbindet die Einlassöffnung 22 mit der Auslassöffnung 18, so dass das Rohmaterial von der Einlassöffnung 22 durch den Einspritzkanal 23 zur Auslassöffnung 18 fließen kann. Das Rohmaterial kann den Einlassöffnungen 22 mit einem Überdruck zugeführt werden. Für den Transport des Rohmaterials kann eine Förderschnecke vorgesehen sein, welche auch in dem Einspritzkanal 23 angeordnet sein kann.

In dem Einspritzkanal 23 ist eine Düsennadel 24 angeordnet. Diese Düsennadel 24 ist entlang des Doppelpfeils in Figur 1 in axialer Richtung verschiebbar ausgebildet. Dadurch ist eine axiale Stellbewegung 26 der Düsennadel 24 ermöglicht, durch welche diese zwischen einer Schließstellung und einer in Figur 1 dargestellten Öffnungsstellung 27 bewegt werden kann. In der Öffnungsstellung 27 ist die Auslassöffnung 18 geöffnet, so dass das Rohmaterial durch die Auslassöffnung 18 in die Spritzgussform 12 eingespritzt werden kann. In der Schließstellung ist die Düsennadel 24 mit einer sich konisch verjüngenden Düsennadelspitze 28 in Anlage zu einer Dichtkontur 29 gebracht. Die Dichtkontur 29 weist eine Geometrie auf, die zu der sich konisch verjüngenden Düsennadelspitze 28 korrespondierend ausgebildet ist. Dadurch kann in der Schließstellung der Düsennadel 24 kein Rohmaterial aus der Auslassöffnung 18 austreten. Zwischen der Öffnungs- und Schließstellung kann die Düsennadel 24 in beliebigen Zwischenstellungen angeordnet werden, so dass eine variable Durchflussregelung des Rohmaterials erfolgen kann.

Die Düsennadel 24 kann einen Durchmesser von etwa 1 mm bis 3 mm aufweisen. Die Länge der Düsennadel 24 kann zwischen 5 cm bis 20 cm sein. Auch eine längere Düsennadel 24 kann vorgesehen sein.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung ragt die Düsennadel 24 durch die Auslassöffnung hindurch und mündet direkt an die Kavität 16. Die Dichtkontur 29 ist bei dieser Ausgestaltung als Ventilsitz in dem Oberwerkzeug 13, ausgebildet. Die Düsennadel 24 kann dabei in der Schließstellung auch in die Kavität 16 hineinragen. Dies ermöglicht die Herstellung eines angussfreien Werkstückes.

Die axiale Stellbewegung der Düsennadel 24 wird durch eine Antriebseinrichtung 31 angesteuert. Diese Antriebseinrichtung 31 umfasst einen Antrieb 32 sowie eine Stelleinrichtung 33, über welche eine Stellkraft bzw. ein Stellmoment des Antriebs 32 auf die Düsennadel 24 übertragen werden kann. Der Antrieb 32 ist insbesondere als ein Elektromotor, vorzugsweise als ein Schrittmotor, ausgebildet, der die Düsennadel 24 beispielsweise über eine Welle der Stelleinrichtung 33 ansteuert. Die Stelleinrichtung 33 kann ebenso eine Zahnrad- oder Gewindeanordnung aufweisen, durch welche die Stellkraft bzw. das Stellmoment des Antriebs 32 auf die Düsennadel 24 übertragen wird. Zudem kann die Stelleinrichtung 33 ein nicht näher dargestelltes Getriebe aufweisen, durch welches verschiedene Übersetzungsstufen vorgesehen sein können.

Der Einspritzkanal 23 ist insbesondere als ein Kaltkanal ausgebildet. Dadurch ist das Spritzwerkzeug 10, insbesondere die Spritzgussdüse 11, auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau gehalten, bei der einerseits eine erforderliche Mindesttemperatur vorgesehen ist, um eine ausreichend niedrige Viskosität des Rohmaterials sicherzustellen, und andererseits eine Maximaltemperatur nicht überschritten wird, so dass eine vorzeitige Vernetzung bzw. Vulkanisation des Rohmaterials verhindert ist.

In dem Spritzgießwerkzeug 10 werden insbesondere vernetzbare bzw. vulkanisierbare und spritzgießfähige polymere Werkstoffe als Rohmaterial verarbeitet. Derartige Werkstoffe sind beispielsweise diverse Kautschuke oder Silikone. Diese Rohmaterialien weisen zwar bei den erforderlichen niedrigen Verarbeitungstemperatüren fluidische Eigenschaften auf, so dass eine Verarbeitung im Spritzgussverfahren möglich ist, besitzen bei diesen Verarbeitungstemperaturen jedoch trotzdem eine relativ hohe Viskosität, so dass eine entsprechend hohe Stellkraft erforderlich ist, um die axiale Stellbewegung 26 der Düsennadel 24 anzusteuern. Um diese Stellkraft zu reduzieren, ist vorgesehen, dass die Düsennadel 24 um deren Längsachse 34 drehbar in dem Einspritzkanal 23 angeordnet ist. Dadurch ist eine Drehbewegung 36 bzw. eine Rotation der Düsennadel 24 um die Längsachse, hier um die Längsmittelachse 34 ausführbar. Diese Drehbewegung 36 wird durch die Stelleinrichtung 33 angesteuert. Die Stelleinrichtung 33 steuert sowohl die axiale Stellbewegung 26 als auch die Drehbewegung 36 der Düsennadel 24 an. Die axiale Stellbewegung 26 und die Drehbewegung 36 der Düsennadel 24 können sowohl unabhängig voneinander als auch gleichzeitig angesteuert werden.

Durch das Ausführen der Drehbewegung 26 werden in das Rohmaterial aufgrund der Haftreibung zwischen der Düsennadel 24 und dem an der Oberfläche 47 der Düsennadel 24 angrenzenden Rohmaterial Scherkräfte eingebracht. Diese Scherkräfte bewirken in dem strukturviskosen Rohmaterial eine Strukturänderung der Polymerketten, durch welche die Polymerketten einfacher aneinander entlanggleiten können. Durch diese Strukturänderung wird zumindest im Umfangsbereich der Düsennadel 24 eine Reduzierung der Viskosität erreicht, so dass eine verringerte Stellkraft zum Ausführen der axialen Stellbewegung 26 der Düsennadel 24 erreicht ist. Insbesondere wird die Drehbewegung 36 der Düsennadel 24 kurz vor dem Ausführen der axialen Stellbewegung 26 ausgeführt. Dadurch ist die Viskosität des Rohmaterials bereits vor dem Ausführen der axialen Stellbewegung 26 zumindest im Umfangsbereich der Düsennadel 24 abgesenkt, so dass diese mit einer verringerten Stellkraft ansteuerbar ist. In dem Düsenkörper 21 der Spritzgussdüse 11 ist ein Lager 37 vorgesehen, welches eine radiale Lagerung der Düsennadel 24 bildet. Das Lager 37 ist als Gleitlager ausgebildet, durch welches sowohl für die axiale Stellbewegung 26 als auch für die Drehbewegung 36 eine Führung vorgesehen ist. Das Lager 37 weist eine Dichtung 38, beispielsweise einen O-Ring, auf, welche den Einspritzkanal 23 von der Antriebseinrichtung 31 abdichtet. Durch die Dichtung 38 wird verhindert, dass das Rohmaterial antriebsseitig austreten kann. Die Figuren 2 und 3 zeigen zwei exemplarische Ausführungsformen der

Düsennadel 24. Im Gegensatz zu der in Figur 1 dargestellten Düsennadel 24 weisen die Düsennadeln 24 gemäß der Figuren 2 und 3 eine Strukturierung 46 an der Oberfläche 47 auf. Diese Strukturierung 46 kann beliebig ausgestaltet sein, so dass die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Ausführungsformen nur als beispielhafte Ausgestaltungen einer solchen Strukturierung 46 aufzufassen sind.

In Figur 2 ist die Strukturierung 46 durch eine Vielzahl von Auswölbungen 48 ausgebildet, die sich gegenüber der Oberfläche 47 erstrecken. Diese Auswölbungen 48 können sich sowohl entlang des Außenumfangs der

Düsennadel 24 erstrecken, als auch punktuell ausgebildet und verteilt über die Oberfläche 47 angeordnet sein. Ebenso können die Auswölbungen 48 als Vertiefungen in der Oberfläche 47 ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass sowohl Auswölbungen 48 als auch Vertiefungen an der Oberfläche 47 der Düsennadel 24 vorgesehen sind. Alternativ kann ebenso vorgesehen sein, dass sich die Auswölbungen 48 und/oder Vertiefungen entlang einer Längserstreckung an der Oberfläche 47 der Düsennadel 24 erstrecken. Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Düsennadel 24, bei welcher sich die Auswölbungen 48 Schnecken- bzw. schraubenförmig entlang des Außenumfangs der Düsennadel 24 erstrecken. Die Auswölbungen 48 können eine beliebige geometrische Ausgestaltung aufweisen, beispielsweise spitz zulaufend, wie dies in Figur 3 dargestellt ist, oder auch abgerundet sein.

Durch eine Strukturierung 46, wie diese exemplarisch in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, können größere Scherkräfte in das Rohmaterial eingebracht werden. Auf diese Weise kann ein effizientes Absenken der Viskosität des Rohmaterials erreicht werden. Ebenso kann durch eine solche

Strukturierung 46 eine entsprechende Reduzierung der Viskosität des Rohmaterials durch eine geringere Umdrehungsgeschwindigkeit der Düsennadel 24 erreicht werden.